5G: Taktiles Internet

 Zuwendungszweck

Leistungsfähige und sichere Kommunikationssysteme für die Vernetzung von Geräten, Maschinen und Prozessen sind eine wichtige Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands in zentralen Anwendungsfeldern wie Industrie 4.0, Mobilität und Medizin.

Aktuelle Anforderungen wie höchste Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit - häufig in Kombination mit extrem kurzen Reaktionszeiten – oder die zeitgleiche Kommunikation vieler Geräte in einer räumlich begrenzten Umgebung sind mit heutigen Technologien allerdings nicht mehr zu realisieren.

Das taktile Internet adressiert diese Herausforderungen. Es basiert auf dem Mobilstandard 5G, wobei mittlerweile unter 5G eine aus Zugangs- und Weitverkehrsnetz konvergierende Netzwerkstruktur verstanden wird. Die spezifischen Anforderungen an das Taktile Internet ergeben sich aus Anwendungsszenarien, in denen Prozesse wegen ihrer Dynamik, der Anzahl kommunizierender Einheiten und ihrer Kritikalität durch ein taktiles Internet unterstützt werden müssen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beabsichtigt, die Erforschung und Entwicklung innovativer Technologien für das taktile Internet zu fördern. Dies soll im Verbund mit Anwendern erfolgen und die Demonstration der Umsetzung in innovativen Anwendungsfeldern umfassen. Damit Deutschland als maßgebliche Industrienation zukünftig im internationalen Wettbewerb bestehen kann, ist es notwendig, frühzeitig die Entwicklung dieser Schlüsselkomponenten zu unterstützen. Mit diesen neuen Schlüsselkomponenten kann die Marktposition deutscher Unternehmen gestärkt werden. Hier ergeben sich insbesondere auch für deutsche kleine und mittelständische Unternehmen neue Geschäftsmodelle und -felder.

Die Fördermaßnahme erfolgt im Rahmen der „Neuen Hightech-Strategie – Innovationen für Deutschland“ und der Digitalen Agenda 2014-2017 der Bundesregierung. Bei der dort adressierten prioritären Zukunftsaufgabe „Digitale Wirtschaft und Gesellschaft“ geht es um innovative Lösungen für die Herausforderungen der Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft.

Gegenstand der Förderung

Gefördert werden Verbundprojekte, die innovative Kommunikationstechnologien zur Realisierung des taktilen Internets im Rahmen von Anwendungen erforschen und entwickeln. Lösungen sollen sich in 5G-Gesamtkonzepte integrieren lassen; anwendungsspezifische Insellösungen sollen vermieden werden.

Wichtige Schwerpunkte in dem Themenfeld sind:

• Flexible und adaptive 5G-Netzwerkkonzepte zur Unterstützung der Anforderungen neuer Anwendergruppen, beispielsweise Konzepte zur Garantie spezieller Dienstgüteklassen oder zur Unterstützung komplexer Mobilitätsszenarien
• Unterstützung taktiler Kommunikation in Weitverkehrsnetzen durch innovative Konzepte zur Vermischung von Netz, Speicher und Prozessierung, z. B. dezentrale Verarbeitung und Datenmanagement im Netzwerk (Edge-Computing, Edge-Clouds) und innovative Lösungen für die drahtlose Kommunikation
• (Drahtlose) Zugangs- und Netzwerktechnologien für maschinenbasierte Kommunikation zum einen für eine Vielzahl gleichzeitig kommunizierender Geräte und zum anderen für Geräte mit sicherheitskritischen und besonders hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Reaktionszeit
• Einfache Integration bestehender und zukünftiger (drahtloser) Zugangstechnologien in das 5G-Netz wie beispielsweise hochzuverlässige und latenzarme Funklösungen für die Industrie
• Netzoptimierung beispielsweise durch Kontextinformationen zum vorausschauenden Management geballt aufgestellter, möglicherweise sehr kleiner Zellen
• Neue schnelle und verteilte Security-Funktionalitäten.

Diese Anforderungen werden ergänzt durch die Querschnittsthemen IT-Sicherheit (integrierte Sicherheit, Sicherheit auf der physikalischen Schicht), Schutz der Privatsphäre und Energieeffizienz. Die skizzierten Lösungen müssen als innovatives Gesamtsystem inklusive aller kritischen Übertragungsstrecken, Schnittstellen und Verarbeitungseinheiten in den gewählten Anwendungsfeldern betrachtet werden und sich in 5G-Systemkonzepte integrieren lassen. Dabei sind möglichst alle für das Gesamtsystem notwendigen Anforderungen zu erfüllen.

Verbundprojekte müssen in mindestens einen innovativen Anwendungsfall eingebettet werden und diesen als Gesamtsystem inklusive aller kritischen Übertragungsstrecken, Schnittstellen und Verarbeitungseinheiten betrachten. Mögliche Anwendungsfelder für das taktile Internet sind insbesondere Industrie 4.0, vernetztes autonomes Fahren und vernetzte medizinische Anwendungen:

• Industrie 4.0 setzt auf eine hochflexible Fertigung. Die dafür notwendige Vernetzung muss dafür die Hilfsmittel in Bezug auf Dienstgüte, Netzkonvergenz, Schnittstellen und intelligente Optimierungen zur Verfügung stellen. Die anwendungsspezifisch notwendigen Ressourcen müssen zur richtigen Zeit am richtigen Ort abrufbar sein. Um Verzögerungen zu reduzieren, können diese nah an der Maschine bzw. am Produkt verfügbar sein und gegebenenfalls der Maschine oder dem Produkt folgen. Bestehende und neue industrielle Vernetzungstechnologien sollten integrierbar sein.
• Vernetztes autonomes Fahren wird erst durch intelligente Kommunikationssysteme möglich sein. Vernetzte autonome Fahrzeuge ermöglichen eine flexible, sichere und effiziente Nutzung der Verkehrsinfrastruktur. Notwendige Ressourcen müssen auch bei hohen Geschwindigkeiten zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar sein, das heißt, dass z.B. Nutzerdaten nachgeführt werden oder aber der drahtlose Netzzugang nach Bewegung des Fahrzeugs und Auslastung des Netzes angepasst wird. Sicherheitskritische Anwendungen erfordern dabei höchste Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.
• Vernetzte medizinische Anwendungen nutzen zunehmend drahtlose Netze zur Steuerung medizinischer Geräte, zum Auslesen von Sensoren am oder im Körper oder aber auch zu Telepräsenzzwecken. Mittels drahtloser Kommunikation bieten sich neue Arten der Behandlung an, über die Distanz oder für mobile Einsätze. Wünschenswert ist, dass Untersuchungen und Behandlungen vom Arzt aus der Ferne auch an schwer zugänglichen Orten durchgeführt werden können. Speziell bei personenbezogenen medizinischen Daten muss ein Höchstmaß an Sicherheit und Schutz gegenüber Manipulationen gewährleistet sein.

Die Relevanz und Umsetzbarkeit der Lösungskonzepte muss sich durch die entsprechende Beteiligung von Unternehmen in der Verbundstruktur widerspiegeln. Die Lösungen sollen mit Anwendern zusammen erarbeitet und demonstriert werden. Die skizzierten Lösungen müssen innovativ sein und deutlich über den aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik hinausgehen.

Die projektübergreifende Zusammenarbeit der einzelnen Projekte ist verpflichtend für übergeordnete Fragestellungen (beispielsweise Koordination vorbereitender Maßnahmen zur Standardisierung). In den Arbeitsplänen aller Projekte sind entsprechende Ressourcen vorzusehen.